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为了研究旋涡空化所引起的空蚀和振动现象以及二者的关系,采用高速摄影的方法,观察了发生在射流放水阀内部的空化形态.采用快速富里叶变换(FFT)分析了空化所引起的振动.采用失重法,进行了空蚀实验.结果表明,旋涡空化能引起严重的.空蚀和剧烈的振动.在旋涡空化发展的不同阶段,其所导致的振动和空蚀呈现了不同的特性.当σ＞0.74时,随空化数的变化,振动和空蚀呈现了相同的变化趋势,但是,在0.50＜σ＜0.74的范围内,振动和空蚀呈现了相反的变化趋势.这是由于水流中空化旋涡的数目和形态随空化数的变化,以及旋涡空化引起振动和空蚀的机理不同所造成的.

关键词: 旋涡空化 , 振动 , 空蚀 , 射流放水阀

绕水翼超空化现象的实验研究

王国玉 , 曹树良 , 刘淑艳 , 刘臣亚

工程热物理学报

超空化现象由于可被应用于水下运动物体的减阻而重新引起了人们的关注.为了了解超空化流动区域的流动特性,观察了超空化流动区域的流动结构;采用LDV的方法测量了超空化发生时绕水翼的速度分布大小.结果表明,当空化发展到超空化阶段,在流动区域内形成明显的空化和水流两个流动区域.在超空化流动区域内,充满了空泡和水的混合物.靠近界面的区域内,混合液流的流速和主流区域的流速大小基本相同,而在邻近翼型表面的区域内,具有较大的速度梯度.

关键词: 超空化 , LDV , 流动模型

水力机械转轮内的CFD分析及优化设计

任静 , 吴玉林 , 杨建明 , 张伟 , 曹树良

工程热物理学报

本文基于Navier-Stokes方程和标准的κ-ε紊流模型,模拟了转轮内的三维紊流场.同时,建立了一种现代水力机械转轮的设计方法.采用CAD-CFD系统,依据三维紊流场的预测结果优化转轮内相关的几何参数,使得转轮内的流态接近理想流态、从而保证优化转轮的良好性能.

关键词: 水力机械 , CFD , 紊流场 , 优化设计

非定常粘性空化流动模型及其数值计算

王国玉 , 方韬 , 曹树良 , 韩占忠 ,

工程热物理学报

基于气液两相当地均相介质模型,本文给出了一种模拟非定常粘性空化流动的计算模型.认为空化绕流流场中流动介质是一种当地均匀的气液混相物.控制方程采用了应用两相流模型的N-S方程.基于液相和气相的状态方程推导了混合介质密度的表达式.为了保证数值计算的稳定性,控制方程的数值求解采用了TVD-MacCormack格式.为了评价计算模型的可靠性,分别计算了绕台阶和管道水锤的空化流动,所得结果是合理的,说明该方法可以用于空化流动的数值计算.

关键词: 空化 , 流动模型 , 数值计算

应用隐式SMAC格式计算射流放水阀内部非定常不可压粘性流场

王国玉 , 张永学 , 曹树良

工程热物理学报

为了分析射流放水阀内部的非定常不可压粘性流场，在一般曲线坐标系下求解了以逆变速度为参数的不可压N-S方程和压力椭圆方程。计算采用了基于隐式SMAC格式的有限差分格式。在这种格式中，非定常流场的速度是通过使用Crank-Nicholson格式，并在每一时间步处以牛顿迭代的方法得到的；而压力椭圆方程是通过使用Tschebyscheff SLOR格式并交替改变计算方向而求解。通过使用交错网格和迎风差分，诸如改进的QUICK格式，计算过程中的误差和数值不稳定能够得到有效地控制。计算结果和实验观察得到的流动图谱对比表明，二者十分吻合。

关键词: 数值计算 , 不可压N-S方程 , 非稳定流动SMAC格式 , 射流放水阀

90°方形弯管内部流动稳定性研究

窦华书 , 牛琳 , 曹树良

工程热物理学报

利用能量梯度理论研究了90°方形截面弯管内部层流流动的稳定性.研究发现当雷诺数大于338时,随着流体流向弯曲段,能量梯度函数K值逐渐增大,流动发生失稳,截面上形成一对二次涡.在弯曲段出口处,总压在截面上的分布发生严重扭曲,使得此处的K值有最大值,引起流动再次失稳,导致了截面上2个二次涡向4个二次涡的转变.随后,K值保持较高水平,导致了4个二次涡到8个二次涡的转变.而在雷诺数低于338时,由于K值较小,横截面上只有1对二次涡,没有发生二次涡的分裂.

关键词: 方形弯管 , 稳定性 , 能量梯度 , 二次流

叶片式混输泵内气液两相流的数值计算

余志毅 , 曹树良 , 王国玉

工程热物理学报

气液两相流的数值模拟是多相混输技术研究中的一个难点.本文假定混输泵叶轮内为泡状流动,基于雷诺时均N-S方程和气液两相双流体模型,采用SIMPLEC算法,对叶片式混输泵叶轮内部两相三维紊流流场进行了数值计算,分析了水气混合工况下的流场分布特点.对含气率GVF=15%工况下的扬程特性进行了预测并与试验结果进行对比.数值计算结果表明,混输泵叶轮流道采用较小的径向尺寸差能较好地避免离心力所引起的气液分离,防止气堵现象的发生;叶轮进口部分存在的低压旋涡区容易使气体积聚,因此有必要进一步改进叶轮进口区的水力设计.

关键词: 叶片式混输泵 , 气液两相流 , 数值计算 , 双流体模型